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Propiedades físicas de los fluidos
L a s l e y e s d e l e q u i l i b r i o d e l o s f l u i d o s p u e d e n d i f e r i r d e l a s l e y e s d e l e q u i l i b r i o d e l o s s ó l i d o s s o l a m e n t e c o m o c o n s e c u e n c i a d e l a n a t u r a l e z a d i f e r e n t e d e l o s f l u i d o s y d e l o s s ó l i d o s. E s m u y p o s i b l e q u e l a s p a r t í c u l a s m á s p e q u e ñ a s d e l o s f l u i d o s n o t e n g a n c o n e x i ó n e n t r e e l l a s , y e s t é n e n u n e s t a d o d e m o v i m i e n t o c o n t i n u o. L e o n h a r d E u l e r, 1 7 5 5
Objetivo
Define el concepto de fluido e identifica algunas propiedades físicas de los fluidos tales como densidad y peso específico, además de relacionarlas entre sí, para determinar las características que definen al fluido.
2. Concepto de fluido
Las sustancias conocidas como fluidos pueden ser líquidos o gases. Se consideran fluidos aquellos que se mueven bajo la acción de un esfuerzo cortante, sin importar lo pequeño que sea este esfuerzo. Esfuerzo cortante. Es la componente tangencial de la fuerza por unidad de superficie requerida para mantener una velocidad constante de movimiento de un fluido. Componentes normal y tangencial de una fuerza.
2. Concepto de fluido
Toda la materia está compuesta por un gran número de moléculas en permanente movimiento. En mecánica de fluidos lo que interesa son los efectos promedio o macroscópicos de un gran número de moléculas. Un fluido es una sustancia infinitamente indivisible, sin importar el comportamiento individual de las moléculas. En síntesis: Un fluido tiene una masa homogénea distribuida en forma continua en todo el volumen del cuerpo llenando por completo el espacio que ocupa y de manera isotrópica. A esta condición se le conoce como medio continuo. Isotrópico. Que tiene las mismas propiedades en todas las direcciones.
3. Escalas de presión y temperatura
Cuando un fluido está confinado dentro de un recipiente, sus partículas siguen moviéndose y ejercen una fuerza perpendicular sobre las paredes de dicho recipiente. Esta fuerza depende del área sobre la que actúa y a dicha relación se le llama presión. Ejemplo 1: Calcule la presión a la que está sujeto un fluido confinado en un recipiente cerrado si mediante un pistón que tiene un área de 0.02 m 2 se le aplica una fuerza de 60 N. P = 3000 Pa 𝑃 = 𝐹 𝐴 P = presión en Pa F = fuerza en N A = área en m 2
3. Escalas de presión y temperatura
La presión es el resultado de una fuerza de compresión que actúa sobre un área. Entonces, ¿cuál es la diferencia entre esfuerzo (diapositiva 5) y presión?
3. Escalas de presión y temperatura
PRESIÓN ATMOSFÉRICA PRESIÓN MANOMÉTRICA PRESIÓN ABSOLUTA 1 atm = 760 mm Hg = 1.013 x 10 5 Pa = 1.47 x 10 1 psi = 1.013 bar
3. Escalas de presión y temperatura
Ejemplo 2: Un manómetro conectado a un tanque mide un vacío de 42 kPa. Determine la presión absoluta dentro del tanque si la presión atmosférica es de 79.5 kPa. Nota: un vacío siempre es una presión manométrica negativa. P = 37.5 kPa En mecánica de fluidos la presión se expresa como presión manométrica, a menos que se indique de otra manera. Si se requiere la presión absoluta, sumar 101 kPa cuando el enunciado no indica la presión atmosférica. En termodinámica la presión se expresa como absoluta.
3. Escalas de presión y temperatura
K = ℃ + 273. 15 ℃ = K − 273. 15 ℉ = 1. 8 ℃ + (^32) ℃ = ℉ − 32
- 8 °R = ℉ + 459. 67
Propiedades
de los fluidos
FLUIDOS
Densidad Peso específico Viscosidad Compresi- bilidad Tensión superficial Presión de vapor
4.1 Densidad y peso específico
La respuesta correcta a la pregunta anterior es: “ambos tienen la misma masa, pero ocupan volúmenes distintos debido a que tienen diferente densidad y peso específico”. La densidad es la unidad de masa por unidad de volumen. El peso específico es la relación entre el peso de una sustancia y su volumen. 𝜌 = 𝑚 𝑉 = 𝑘𝑔 𝑚 3 𝛾 = 𝑊 𝑉 = 𝑁 𝑚 3
4.1 Densidad y peso específico
Densidad Peso específico Concepto Relación entre masa y volumen Relación entre peso y volumen Fórmula (^) 𝜌 = m V γ =
W
V
Unidades SI kg/m 3 N/m 3 𝛾 = 𝑊 𝑉 = 𝑚𝑔 𝑉 De la tabla anterior se deduce: = 𝜌𝑔
